Co to jest fotowoltaika niskonapięciowa?
Fotowoltaika niskonapięciowa jest to system połączonych równolegle urządzeń inwerterowych pracujących w zakresie prądów bezpiecznych na każdym etapie konwersji.
Urządzenia przetwarzają prąd stały na zmienny, poniżej poziomu powstawania łuku elektrycznego, a tym samym nie wymagają uziemienia. Każdy inwerter niskonapięciowy musi posiadać indywidualne, automatyczne zabezpieczenie AC i DC. Tak zaprojektowany system inwerterowy, spełnia swoje zadanie jedynie gdy napięcie DC poszczególnych modułów nie przekracza granicy bezpieczeństwa (ok 70VDC), jest to równoważne z brakiem możliwości podłączenia więcej niż jednego modułu fotowoltaicznego do jednego mikroinwertera.
lat gwarancji na panele
lat na rynku
Technologia z 20-letnim doświadczeniem na rynku Amerykańskim
Dlaczego została stworzona fotowoltaika niskonapięciowa?
Fotowoltaika niskonapięciowa narodziła się w USA ponad 20 lat temu, została stworzona w reakcji na zagrożenia płynące z tradycyjnej fotowoltaiki łączonej szeregowo z inwerterem centralnym. Tradycyjna fotowoltaika wysokonapięciowa została wymyślona głównie na potrzeby farm fotowoltaicznych i lotów kosmicznych, jej pierwotni twórcy nie przewidywali iż zawędruje ona na dachy domów jednorodzinnych.
Dlatego po długich doświadczeniach na rynku amerykańskim fotowoltaika wysokonapięciowa z inwerterem centralnym zyskała złą sławę, przyczyniając się do wielu pożarów, problemów reklamacyjnych, porażeń i tym samym ogromnej ilości pozwów sądowych.
W większości stanów nie ma możliwości zainstalowania tradycyjnej fotowoltaiki wysokonapięciowej na dachach szkół, przedszkoli, szpitali czy domów starców i nie jest to wymysł „wyssany z palca” ale rekomendacja krajowego wydziału pożarnictwa. Amerykańskie domy jednorodzinne najczęściej pokryte gontem bitumicznym nie są również idealnym środowiskiem dla tradycyjnej fotowoltaiki, która po kilku latach użytkowania potrafi iskrzyć na złączach pod panelami. Z tych właśnie powodów powstała fotowoltaika niskonapięciowa, czyli system całkowicie niepalny, dużo bardziej żywotny i bezobsługowy.
Różnice pomiędzy fotowoltaiką tradycyjną a niskonapięciową
Zasadniczą różnicą pomiędzy obiema technologiami jest sposób konwersji niebezpiecznego prądu stałego do bezpiecznego prądu zmiennego. System niskonapięciowy stosuje połączenia równoległe, system tradycyjny z inwerterem centralnym opiera się na połączeniach szeregowych. W systemie niskonapięciowym maksymalne napięcie prądu stałego jakie możemy spotkać pod panelami fotowoltaicznymi to 40-50volt. W przypadku połączeń szeregowych może ono dochodzić nawet do 800volt.
Wydajność
Systemy łączone szergowo (tradycyjne wysokonapięciowe) pracują tak jak najsłabsze ogniwo, wystarczy że panel fotowoltaiczny zostanie przycieniony, spadnie na niego listek, zakurzy się , jeden panel będzie fabrycznie o kilka procent słabsza od pozostałych , wysoki prąd stały uszkodzi panel złącze lub przewód po kilku latach, gryzoń uszkodzi część instalacji, ptak zrzuci kasztan i uszkodzi panel, dziecko kopnie piłką w panel, moduł fotowoltaiczny zostanie lekko uderzony podczas transportu czy instalacji, każdy z tych teoretycznych scenariuszy kończy się przynajmniej obniżoną wydajnością całej instalacji fotowoltaicznej, a w najczarniejszym scenariuszu pożarem lub śmiertelnym porażeniem.
W systemie niskonapięciowym łączonym równolegle, każdy panel pracuje jako osobna niezależna instalacja fotowoltaiczna , uszkodzenie jednego panela powoduje jego natychmiastowe wyłączenie nie wpływając jednocześnie na funkcjonowanie pozostałych paneli. Zacienienie jednego panela ma wpływ tylko na uzysk jego samego. Tym samym całościowo systemy niskonapięciowe zawsze będą bardziej sprawne i wydajne niż systemy wysokonapięciowe.
Starzenie się i degradacja
W systemach niskonapięciowych na każdy element instalacji fotowoltaicznej oddziaływuje prąd stały o napięciu 40-50v , poniżej punktu powstania łuku elektrycznego, w tych warunkach nie może wystąpić efekt iskrzenia czy przegrzewania, a tym samym raz prawidłowo zainstalowana fotowoltaika nie ma prawa uszkodzić się z biegiem czasu pod wpływem działania prądu stałego. Producenci najczęściej określają żywotność systemów niskonapięciowych na 40 lat. W instalacjach wysokonapięciowych z inwerterem centralnym , na dachu potrafi przebiegać 800v prądu stałego na złączach, przewodach, panelach i potem przez poddasze do naszego domu. Tak wysoki prąd stały, trawi każdy możliwy punkt instalacji. Najsłabsze ogniwo czyli złącza mc4 znajdujące się pod tuż panelami fotowoltaicznymi i w domu, mimo iż są fabrycznie zakute i idealni ciasne, potrafią przetopić się już po 5 latach! Prąd stały tradycyjnie uszkadza/przetapia falownik centralny (średnia żywotność to 8 lat), o ile falownik przestaje jedynie działać i jest na gwarancji to możemy się uważać za szczęśliwców, niestety 30% pożarów fotowoltaicznych zaczyna się od właśnie tego miejsca. Systemy wysokonapięciowe z roku na rok notują spadek wydajności uzależniony tym jak jest serwisowany i czy mamy szczęście czy pecha. Tego typu instalacje bez serwisu, przeglądów i wymian, potrafią po 10 latach produkować mniej niż 50% tego co produkowały w pierwszym dniu.
Gwarancja
Amerykańskie systemy niskonapięciowe ze względu na fakt pracy przy bardzo znikomym napięciu prądu stałego po prostu się nie zużywają. Tym samym dobrzy producenci dają standardowo minimum 25 lat gwarancji na swój produkt. W przypadku systemów wysokonapięciowych z inwerterem centralnym, gwarancję producentów rozpoczynają się najczęściej od 5 lat i kończą na 10 latach. Trzeba zwrócić szczególną uwagę iż wiele firm instalatorskich na polskim rynku, mydli oczy klientów, obiecując 15-sto czy 20-sto letnie gwarancję na słabym sprzęcie wysokonapięciowym, jest to fikcja nie poparta żadną logiką. Najczęściej gwarantem jest ubezpieczyciel firmy instalatorskiej lub z założenia firma zakłada, że za kilka lat nie będzie już istnieć.
Dowolna konfiguracja
W systemach niskonapięciowych nie ma żadnych przeciwskazań aby jeden panel fotowoltaiczny umieścić na stronie południowej, drugi na wschodniej a trzeci na zachodniej, ponieważ każdy działa indywidualnie i niezależnie. Prąd startu każdego mikroinwertera to ok15v, więc już minimalne promieniowanie słoneczne powoduje start produkcji, do tego każdy mikroinwerter posiada wbudowany kondensator który pozwala na powolne zbiory i kumulowanie promieniowania słonecznego „po 1 volcie, po jednym promyczku”, jest to szczególnie istotne w rejonach gdzie słońce nie świeci przez cały rok. W systemach wysokonapięciowych z inwerterem centralnym wymagane jest aby minimum 8-9 paneli było ułożonych idealnie w tej samej płaszczyźnie patrząc w stronę południową wówczas istnieje realna szansa na uzyskanie prawidłowego prądu startu falownika centralnego, który powinien wynosić w okolicach 200-240v . Jeśli chcemy prawidłowo rozłożyć panele fotowoltaiczne w systemie wysokonapięciowym w orientacji wschód-zachód wówczas najczęściej potrzebujemy minimum 10 paneli patrzących na wschód oraz 10 paneli patrzących na zachód, wówczas możemy otrzymać prawidłowy prąd startu i cieszyć się względnie umiarkowanymi uzyskami.
Na farmie fotowoltaicznej (wysokonapięciowej), gdzie szeregi są bardzo długie i zorientowane w tym samym kierunku nie ma z tym problemu , na domach nie zawsze się to udaje. Dlatego jak wspominałem poprzednio, systemy szeregowe zostały wymyślone i zaprojektowane głównie pod farmy fotowoltaiczne.
Prostota obsługi i niezawodność
Dla kogo fotowoltaika niskonapięciowa?
Fotowoltaika niskonapięciowa została wymyślona przez amerykanów dla amerykanów, jako system całkowicie bezobsługowy i tak zaprojektowany aby dawać 100% bezpieczeństwa. Brak ryzyka wynikający z architektury produktu powoduje, że raz poprawnie zainstalowany ma służyć całkowicie bezobsługowo przez 40 lat lub więcej. Fotowoltaika niskonapięciowa została stworzona na potrzeby klient indywidualnego, na dachy domów jednorodzinnych, dachy budynków podwyższonego ryzyka oraz jako przydomowe gruntowe instalacje fotowoltaiczne bez konieczności grodzenia siatkami z drutu kolczastego.
Fakty i mity na temat fotowoltaiki niskonapięciowej
Mikroinwertery przegrzewają się pod panelami na dachu
Fałsz, stwierdzenie to dotyczy tylko pseudo-mikroinwerterów podwójnych i poczwórnych. Dobry mikroinwerter, prawidłowo zamontowany pod panelami w szczelinie powietrznej, w najcieplejszy dzień w polskich warunkach potrafi nagrzać się do maksymalnie 45 stopni Celciusza.
W razie awarii trudniej na dachu naprawić awarię systemu opartego na mikroinwerterch
Fałsz, systemy fotowoltaiczne oparte na mikroinwerterach renomowanych producentów są stukrotnie mniej awaryjne niż jakikolwiek inny sprzęt oparty na inwerterze centralnym. Awarie dotyczące części inwerterowej faktycznie łatwiej naprawić na ziemi niż na dachu, jednak jeśli mikroinwertery się po prostu praktycznie nie psują, to nie ma czego naprawiać.
Faktyczna awaryjność fotowoltaiki odbywa się najczęściej na poziomie złącz MC4 i to w tym miejscu trzeba skupić swoją uwagę. Jeśli dojdzie do awaii złącza MC4 na dachu w systemie szeregowym wówczas aby znaleźć miejsce usterki czasami trzeba zdemontować wszystkie panele aby znaleźć przyczynę, jeśli taka sytuacja ma miejsce przy instalacji opartej na mikroinwerterach wiemy dokładnie, na którym panelu wystąpił problem. Awaria złącza MC4 w systemie mikroinwerterowym niskonapięciowym oznacza wyłączenie z produkcji jednego panela. Awaria złącza MC4 w systemie szeregowym opartym o inwerter centralny oznacza brak produkcji całej instalacji i potencjalny pożar budynku
Fotowoltaika wysokonapięciowa jest bardziej sprawna niż fotowoltaika niskonapięciowa
Fałsz. Jeśli spojrzeć w kartę katalogową samego falownika to jego sprawność wynosi ok 98% natomiast dobry mikroinwerter posiada sprawność 97%, jest to pomiar samego urządzenia w warunkach laboratoryjnych. Do obliczania sprawności całego systemu fotowoltaicznego oprócz inwertera należy wziąć jednak pod uwagę również straty, które wynikają z przesyłu prądu stałego dużo dłuższymi trasami kablowymi w systemach szeregowych, wysoki prąd stały ponosi również straty na złączach solarnych, każdy z paneli w warunkach realnych pracuje nieco inaczej a w systemie szeregowym całość działa jak najsłabsze ogniwo, w ujęciu całorocznym „szeregówka” mocno traci też ze względu na punktowe zacienienia i zużycie systemu spowodowane przez wysokie prądy stałe. Z tego powodu systemy niskonapięciowe są zawsze bardziej sprawne w ujęciu całorocznym niż systemy szeregowe wysokonapięciowe. Wraz z upływem czasu przewaga systemów niskonapięciowych rośnie ponieważ nie podlegają one procesowi starzenia wywołanemu przez wysokie prądy stałe. Często bywa tak, że fotowoltaika szeregowa po 10 latach produkuje o 50% mniej niż w pierwszym dniu swojej produkcji, natomiast standardem jest produkcja na poziomie 100% w systemach niskonapięciowych po tym samy upływie czasu. Jednak największa przewaga systemów niskonapięciowych w temacie wydajności ujawnia się w kwestii wymagań inwertera co do prądu startu. Jeśli mikroinwerter potrzebuje 15-16v żeby rozpocząć pełnoprawną produkcję, a do tego może w okresach „ciemnych” zbierać prąd po jednym promyczku do kondensatorów to jak to odnieść do falownika centralnego który potrzebuje ok 200v aby cokolwiek zaczęło się dziać???
Mikroinwertery nie działają off-grid.
Każdy renomowany i doświadczony producent mikroinwerterów ma możliwość instalacji systemu fotowoltaicznego w konfiguracji off-grid. Tanie pseudo-mikroinwertery nie mogą działać w systemie off-grid.
Mikroinwertery nie mogą działać w połączeniu z magazynem energii
Każdy renomowany producent mikroinwerterów oferuje systemy fotowoltaiczne zintegrowane z sysytemem magazynowania energii.
Zacienienie jednego panela fotowoltaicznego nie ma wpływu na działanie pozostałych paneli
Fakt. Systemy niskonapięciowe funkcjonują jako zbiór niezależnych od siebie modułów fotowoltaicznych, każdy „żyje” swoim własnym życiem. W systemach wysokonapięciowych mamy do czynienia z efektem „ruskich lampek choinkowych” przepalenie jednej żaróweczki powoduje wyłączenie wszystkich pozostałych.
_
Awaryjność fotowoltaiki niskonapięciowej
W Polsce narosło sporo mitów dotyczących awaryjności mikroinwerterów i w 95% jest to prawda , przegrzewają się i psują bardzo często. A wynika to z faktu że 95% mikroinwerterów sprzedawanych na polskim rynku to produkty mikroinwertero-podobne. Ze względów ekonomicznych nasz rynek zdominowany został przez produkt pochodzące z Chin, od producentów którzy posiadają 3-5 lata doświadczenia i eksperymentują na polskich dachach. W Europie zachodniej nie znajdziemy sprzętów wielkiej chińskiej trójcy ( Hoy.. Dey.. AP..) tam dominują mikroinwertery amerykańskie. Sprzęt topowych amerykańskich producentów charakteryzuje się gwarancją na minimum 25 lat oraz współczynnikiem awaryjności (failure rate) na poziomie poniżej 0,05% , dla porównania topowy niemiecki producent falowników centralnych może pochwalić się wynikiem o około 100 razy gorszym 4,5%. Awaryjność chińskich pseudo-mikroinwerterów, nie jest nigdzie sklasyfikowana i wynika przede wszystkim z faktu iż są one urządzeniami zespolonymi, to znaczy, aby było ekononomiczniej, wrzuca się 4 lub 2 mikroinwertery do jednej obudowy. Problem tego rozwiązania jest następujący, 4 mikroinwertery w pełnym cyklu pracy w słoneczny dzień nagrzewają się do ok 70-80 stopni celciusza co bardzo pogarsza żywotność sprzętu i zwiększa ryzyko pożaru. Do tego nie są to urządzenia bezpieczne, ponieważ każdy pseudo-mikroinwerter posiada otwór uziemiający na obudowie zaprojektowany przez producenta. W ten sposób łatwo rozróżnić oryginał od podróbki.
Czy użycie mikroinwertera jest jednoznaczne z fotowoltaiką niskonapięciową?
Użycie mikroinwertera nie definiuje fotowoltaiki niskonapięciowej. Fotowoltaika niskonapięciowa to taka, której żaden komponent konwertujący prąd stały na zmienny nie wymaga uziemienia. Fotowoltaika niskonapięciowa to taka w której na żadnym etapie konwersji nie może pojawić się napięcie powyżej 70V. Fotowoltaika niskonapięciowa to taka, która oparta jest na pojedyńczych mikroinwerterach renomowanych producentów